آشنایی با مدل‌های OSI و TCP/IP

از بخش‌های مشترک همه دوره‌های شبکه مقدماتی عبارت است از بررسی مدل‌های شبکه مختلف، شامل مدل‌های اتصال متقابل سیستم‌های باز (OSI) و پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت (TCP/IP). به این دلیل که هر دوی این مدل‌ها برای تشریح پروتکل‌های امروزی نیز به کار می‌روند، در مقاله حاضر به هر دوی این مدل‌ها نگاهی می‌اندازیم، و لایه‌ها و نحوه ارتباط‌شان با یکدیگر را بررسی می‌کنیم.

از بخش‌های مشترک همه دوره‌های شبکه مقدماتی عبارت است از بررسی مدل‌های شبکه مختلف؛ مدل‌های اتصال متقابل سیستم‌های باز (OSI) و پروتکل کنترل انتقال/پروتکل اینترنت (TCP/IP). به لحاظ فنی، شبکه‌ها این روزها عموماً (تقریباً همیشه) از پشته‌های شبکه آی‌پی نسخه ۴ یا آی‌پی نسخه ۶ استفاده می‌کنند. مدل‌های OSI‌ و TCP/IP در زمان‌های موازی توسط سازمان‌های مختلف توسعه یافته‌اند. سازمان بین‌المللی استانداردسازی (ISO) و کمیته مشاوره بین‌المللی تلگراف و تلفن (CCITT) مدل OSI را توسعه داده است، در حالی که سازمان پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی آمریکا (دارپا) مدل TCP/IP را توسعه داده است. مدل TCP/IP به اندازه OSI جدی گرفته نمی‌شود، اما از لحاظ فنی با پروتکل‌های مدرن متناسب‌تر است. به این دلیل که هر دوی این مدل‌ها برای تشریح پروتکل‌های امروزی نیز به کار می‌روند، در مقاله حاضر به هر دوی این مدل‌ها نگاهی می‌اندازیم، و لایه‌ها و نحوه ارتباط‌شان با یکدیگر را بررسی می‌کنیم.

مدل OSI

مدل OSI شامل هفت لایه مختلف می‌شود که از ۱ تا ۷ برچسب‌گذاری می‌شوند؛ در شکل زیر نمونه‌ای از مدل OSI را مشاهده می‌کنید.

لایه فیزیکی (لایه ۱) | Physical Layer

لایه ۱ مدل OSI لایه فیزیکی نام دارد، زیرا مسئول ارسال و دریافت داده‌ها در کابل و اجزاء فیزیکی است. برای مثال، لایه فیزیکی جایی است که در آن نحوه بیان بیت‌ها در سراسر رسانه انتقال شبکه مورد نظر مشخص می‌شود. صرف نظر از اینکه رسانه شبکه از لحاظ ساختاری الکتریکی است یا نوری، لایه فیزیکی نحوه کدگذاری و کدگشایی فیزیکی داده‌ها را کنترل می‌کند؛ مثلاً، آیا ولتاژ بخصوص در رسانه الکتریکی بیانگر ۱ است یا ۰، یا مثلاً نور دریافتی در طول موج مشخص چگونه تفسیر می‌شود. مثال‌های این استانداردها عبارتند از IEEE 802.3 (اترنت)، IEEE 802.11 (اترنت بی‌سیم) و شبکه نوری همگام (SONET) و از این موارد.

لایه دیتا لینک یا پیوند داده (لایه ۲) | Data Link Layer

لایه ۲ مدل OSI لایه دیتا لینک یا پیوند داده نام دارد و مسئول برقراری و قطع اتصال، کنترل ترافیک فریم، توالی، تأیید یا ACK، بررسی خطا و مدیریت دسترسی رسانه‌ها است. شناخته‌شده‌ترین استانداردهای مورد استفاده در لایه دیتا لینک عبارتند از زیرلایه‌های کنترل دسترسی رسانه‌ها (MAC) و کنترل لینک منطقی (LLC) از IEEE 802.3 (اترنت). زیرلایه LLC در واقع به صورت رابطی بین لایه فیزیکی و زیرلایه MAC عمل می‌کند، و زیرلایه MAC این امکان را به چند ترمینال (کامپیوتر) می‌دهد که روی رسانه‌ فیزیکی یکسان ارتباط برقرار کنند. سایر نمونه‌های استاندارد عبارتند از حالت انتقال ناهمگن (ATM – Asynchronous Transfer Mode)، کنترل دیتا لینک سطح بالا (HDLC – High-Level Data Link Control)، فریم ریلی و پروتکل نقطه به نقطه (PPP – Point to Point Protocol).

لایه شبکه (لایه ۳) | Network Layer

لایه ۳ مدل OSI لایه شبکه نام دارد و لایه‌ای است که در آن مسیریابی ترافیک شبکه شروع می‌شود. لایه شبکه نه تنها تصمیمات مسیریابی ترافیک را انجام می‌دهد، بلکه کنترل، تکه‌تکه شدن، و آدرس‌دهی منطقی (آدرس‌های IP) را فراهم می‌سازد. رایج‌ترین پروتکل لایه شبکه عبارت است از پروتکل اینترنت (IP)، اما پروتکل‌های پرکاربرد دیگری نیز در این لایه شامل پروتکل پیام کنترل اینترنت (ICMP – Internet Control Message Protocol) و پروتکل پیام گروهی اینترنت (IGMP – Internet Group Message Protocol) وجود دارند.

لایه انتقال (لایه ۴) | Transport Layer

لایه ۴ مدل OSI لایه انتقال نام دارد و مسئول بخش‌بندی پیام، تأیید، کنترل ترافیک و مالتی‌پلکسینگ نشست‌ها است. لایه انتقال همچنین می‌توانید تشخیص و تصحیح خطا (ارسال مجدد)، مرتب‌سازی مجدد پیام برای تضمین توالی پیام‌ها، و کانال پیام قابل اطمینان در پروتکل لایه انتقال خاص را اجرا کند. رایج‌ترین پروتکل‌های لایه انتقال مورد استفاده عبارتند از پروتکل کنترل انتقال ( – Transport Control ProtocolTCP) و پروتکل دیتاگرام کاربر (UDP – User Datagram Protocol).

لایه نشست (لایه ۵) | Session Layer

لایه ۵ مدل OSI لایه نشست نام دارد و مسئول برقراری، حفظ و خاتمه نشست است (توانایی داشتن چند دستگاه که از یک اپلیکیشن واحد از چند مکان مختلف استفاده می‌کنند). نمونه‌های رایج پروتکل‌های لایه نشست عبارتند از Named Pipes و NetBIOS.

لایه ارائه‌ (لایه ۶) | Presentation Layer

لایه ۶ مدل OSI لایه ارائه نام دارد و مسئول ترجمه کاراکتر کدها (یعنی ASCII در مقابل EBCDIC در مقابل Unicode)، تبدیل داده‌ها، فشرده‌سازی و رمزگذاری است. تعدادی از پروتکل‌های مرسوم این لایه عبارتند از افزونه‌های ایمیل چندمنظوره (MIME – Multipurpose Internet Mail Extensions)، امنیت لایه انتقال (TLS – Transport Layer Security) و لایه سوکت‌های امن (SSL – Secure Sockets Layer).

لایه کاربرد (لایه ۷) | Application Layer

لایه ۷ مدل OSI لایه کاربرد نام دارد و مسئول چند مورد مختلف بسته به کاربرد مورد نظر است؛ شامل اشتراک‌گذاری منابع، دسترسی از راه دور به فایل‌ها، دسترسی از راه دور به پرینتر، مدیریت شبکه، و پیام‌رسانی الکترونیک (ایمیل). تعداد زیادی از پروتکل‌های لایه کاربرد هستند که کاربران معمولی اینترنت با آن آشنائند، شامل پروتکل انتقال فایل (FTP – File Transfer Protocol)، سرویس نام دامین (DNS – Domain Name Service)، پروتکل انتقال ابرمتن ( – Hypertext Transfer Protocol HTTP) و پروتکل انتقال ایمیل ساده ( – Simple Mail Transfer ProtocolSMTP).

مدل‌ TCP/IP

مثل مدل OSI، مدل TCP/IP نیز لایه‌بندی شده است و به شیوه‌ای همانند مدل OSI به کار می‌رود اما با لایه‌هایی کمتر. از آنجایی که اینترنت امروزی و اکثر ارتباطات از پروتکل اینترنت (IP) استفاده می‌کنند، مدل TCP/IP از لحاظ فنی با پیاده‌سازی‌های شبکه امروزی بیشتر هم‌راستا است. همان‌طور که گفته شد، لایه‌های درون مدل TCP/IP از لایه‌های مدل OSI ساده‌تر در نظر گرفته می‌شود، که اساساً به این معنی است که بسیاری از پروتکل‌های پیاده‌سازی‌شده را می‌توان در وضعیت‌های نامشخصی بین وضعیت‌های دیگر در نظر گرفت. مجموعه پروتکل TCP/IP (که اغلب برای راحتی پروتکل TCP/IP گفته می‌شود) حاوی پروتکل‌های یکسان با مدل OSI است. نمونه‌ای از مدل TCP/IP در شکل زیر آمده است:

لایه لینک (Link Layer)

لایه لینک پایین‌ترین لایه مدل TCP/IP است؛ در بعضی جاها نیز به آن لایه رابط شبکه (Network Interface Layer) گفته می‌شود. لایه لینک عملکردهای لایه‌ فیزیکی و داده را در یک لایه واحد ترکیب می‌کند. این عملکردها عبارتند از قابلیت‌های شبکه فیزیکی نظیر مدولاسیون، لاین کدینگ و همگام‌سازی بیت، همگام‌سازی فریم و تشخیص خطا، و عملکردهای زیرلایه LLC‌ و MAC. پروتکل‌های رایج عبارتند از پروتکل تفکیک آدرس (ARP – Address Resolution Protocol)، پروتکل کشف همسایه (NDP – Neighbor Discovery Protocol)، IEEE 802.3 و IEEE 802.11.

لایه اینترنت (Internet Layer)

لایه اینترنت در واقع لایه بعد از لایه لینک است که با لایه شبکه مدل OSI ارتباط دارد. قابلیت‌هایی نظیر مسیریابی ترافیک، کنترل ترافیک، بخش‌بندی و آدرس‌دهی منطقی در این لایه لحاظ می‌شوند. پروتکل‌های رایج عبارتند از IP، ICMP و IGMP.

لایه انتقال (Transport Layer)

لایه انتقال بعد از لایه اینترنت است و عموماً به طور مستقیم با لایه مدل OSI با همین نام ارتباط دارد. عملکردهای این لایه عبارتند از بخش‌بندی پیام، تأیید، کنترل ترافیک، مالتی‌پلکسینگ نشست، تشخیص و تصحیح خطا (ارسال مجدد)، و مرتب‌سازی مجدد پیام‌ها. پروتکل‌های رایج عبارتند از TCP و UDP.

لایه کاربرد (Application Layer)

لایه کاربرد بالاترین لایه مدل TCP/IP است و با لایه‌های نشست، ارائه و کاربرد مدل OSI در ارتباط است. لایه کاربرد مدل TCP/IP برای کنترل همه عملکردهای ارتباطی فرایند به فرایند به کار می‌رود؛ در مدل OSI این عملکردها در چند لایه مختلف انجام می‌شوند. عملکردهای مختلفی در این لایه انجام می‌گیرد، شامل برقراری، حفظ و خاتمه نشست، ترجمه کاراکتر کد، تبدیل داده، فشرده‌سازی و رمزگذاری، دسترسی از راه دور، مدیریت شبکه و پیام‌رسانی الکترونیک. پروتکل‌های رایج عبارتند از Named Pipes, NetBIOS, MIME, TLS, SSL, FTP, DNS, HTTP, SMTP و موارد متعدد دیگر.